a) Tụ nối vào
IX.5 KHUYẾCH ĐẠI ĐẢO
Khuyếch đại đảo là mạch OP AMP cơ bản nhất. Nĩ dùng phản hồi âm để ổn định hệ số khuyếch đại tổng thể của mạch. Lý do cần phải ổn định hệ số khuyếch đại là vì AOL quá lớn và khơng ổn định. Ví dụ 741C cĩ AOL bé nhất là 20000 đến AOL lớn nhất là 200000.
Hình 9-11
Hình 9-11 chỉ ra mạch khuyếch đạo đảo. Để đơn giản chúng ta khơng vẽ ra sơ đồ nguồn nuơi. Thế vào vin được đưa vào lối vào đảo thơng qua điện trở Rin. Điều này tạo ra trên đầu vào đảo một thế v2. Thế lối vào được khuyếch đại và tạo ra thế lối ra đảo pha so với thế vào. Thế ra được phản hồi lại đầu vào thơng qua điện trở phản hồi R2. Đây là sự phản hồi âm vì thế lối ra đảo pha so với thế vào.
Cách mà sự phản hồi âm ổn định hệ số khuyếch đại tổng thể của mạch là như sau: Nếu AOL tăng vì bất cứ lý do gì thì thế lối ra sẽ tăng và do cĩ sự phản hồi âm thế lối vào sẽ giảm.
Đất ảo (virtual ground)
Khi chúng ta nối một dây dẫn từ một điểm trên mạch xuống đất, thế tại điểm đĩ sẽ bằng 0. Trong trường hợp đĩ dây dẫn tạo ra đường dẫn cho dịng điện chảy xuống đất. Đất cơ học là đất cả thế lẫn dịng.
Đất ảo thì khác. Đĩ là khái niệm về một điểm nào đĩ trên mạch cĩ thế và dịng bằng khơng. Khái niệm đất ảo làm cho việc phân tích mạch trở nên rất đơn giản. Đất ảo dựa trên tính chất của mạch OP AMP. Khi một OP AMP là lý tưởng, nĩ cĩ hệ số khuyếch đại vịng hở bằng vơ cùng và trở vào cũng bằng vơ cùng. Do đĩ chúng ta cĩ thể suy ra (deduce) các thuộc tính lý tưởng sau đây cho mạch khuyếch đại OP AMP cĩ đầu vào đảo: ♦ Do Rin bằng vơ cùng nên dịng vào i2 bằng 0
♦ Do AOL bằng vơ cùng nên thế vào v2 bằng 0
Do i2 bằng 0 nên dịng chảy qua R1 phải bằng dịng chảy qua R2 như trên hình vẽ. Mặt khác v2 bằng 0 nên đầu vào – là đất ảo. Đất ảo là khái niệm tương đương nửa đất, nghĩa là thế bằng khơng nhưng khơng cĩ dịng chảy qua. Trên hình vẽ chúng ta biểu thị đất ảo bằng đường chấm chấm. Mặc dù đất ảo là gần đúng lý tưởng nhưng nĩ tỏ ra chính xác khi phản hồi âm sâu.
HỆ SỐ KHUYẾCH ĐẠI THẾ
Trên hình 9-12, chúng ta hình dung đầu vào đảo là đất ảo. Khi đĩ cĩ thể viết
vin = iinR1
Hình 9-12 Hệ số khuyếch đại thế (vịng kín) bằng ACL = vout / vin = -R2/ R1 (9-12)
Đây là hệ số khuyếch đại thế vịng kín nĩ là hệ số khuyếch đại khi cĩ vịng phản hồi âm giữa lối ra và lối vào. Do đĩ phân hồi âm nên ACL < AOL . Chẳng hạn, R2=50KΩ cịn R1=1KΩ thì ACL=50 kể cả khi thay đổi nhiệt độ, nguồn nuơi và thậm chí thay thế OP AMP.
Trở kháng vào
Do đầu vào đảo là đất ảo do đĩ trở kháng vào của vịng kín là
zin(CL) = R1 (9-13)
Ưu điểm của mạch khuyếch đại OP AMP đảo là cĩ thể chọn giá trị của trở kháng vào.
BANDWIDTH
Bandwidth vịng hở hay tần số cắt của của OP AMP rất thấp do cĩ tụ bù bên trong. Chẳng hạn với 741C
f2(OL)= 9Hz.
Tại tần số này hệ số khuyếch đại bắt đầu giảm. Khi phản hồi âm được dùng, bandwidth tổng thể tăng. Đây là lý do: Khi tần số vào lớn hơn
f2(OL) thì AOL giảm 20dB/dec. Vì vout giảm nên phản hồi âm cũng giảm.
Điều này làm cho v2 tăng và bù lại sự giảm của AOL. Do đĩ ACL bị giảm tại tần số cao hơn f2(OL). Phản hồi âm càng sâu thì tần số cắt vịng kín càng cao. Nĩi cách khác ACL càng bé thì f2(CL) càng lớn. Đây là phương trình cho tần số cắt vịng kín
f2(CL) = funity / (ACL+1) Thơng thường ACL>>1 do đĩ f2(CL) = funity / ACL (9-14) Ví dụ khi ACL=10 thì f2(CL) = 1MHz / 10 = 100KHz Lưu ý rằng funity = f2(CL)ACL (9-15)
Tần số khuyếch đại đơn vị bằng tích giữa band thơng và hệ số khuyếch đại vịng kín. Nhiều tài liệu ra cứu gọi funity là GBW (gain bandwidth).